科学家确立一全新矿物分类系统，将有助于解读地球、寻找地外生命

2022年07月03日07:22:07 科学 1764

地球地质状况对生命的影响是显而易见的，不同的地质环境，如沙漠、山脉、森林和海洋等，对应着不同的生物。然而，生命对地质学的全面影响却很容易被忽略，如今一项对地球矿物的全新调查正在纠正这一状况，根据2022年7月1日发表在《美国矿物学家》上的两篇科学论文：地球上大约一半的矿物多样性是生物及其副产品直接或间接造成的。这一发现的意义在于，可以为科学家拼凑地球复杂的地质历史提供更清晰的见解，也可以为那些寻找地外生命证据的科学家提供宝贵的支持。

一种古老的生物菊石转换的矿物，图片源自网络

根据罗伯特·哈森、肖娜·莫里森等科学家的概述，他们总结出一种新的矿物分类系统，这一系统将矿物的形成方式而不仅仅是外观放在重要位置。这样做的好处非常明显，可以让我们系统认识到地球的地质发展和生命进化是如何相互影响的，从而带来全新的观点或见解。他们的新分类法是基于对数千篇科学论文的算法分析，识别出10500多种不同类型的矿物，这几乎是国际矿物学协会(International Mineralogical Association，IMA)经典分类法中约5800种矿物“物种”的两倍，该分类法严格关注矿物的晶体结构和化学组成。要知道国际矿物学协会经典分类法是一个已经使用了200多年的分类系统，也是国纳科技酱在大学、研究生阶段学习、研究的分类系统，这是一种行业内公认的系统。

纳米比亚蓝铜矿和孔雀石，图片源自网络

肖娜·莫里森早在2008年就开始深入研究每种已知矿物的文献，并寻找它们形成的数据。然后于2013年开始在卡内基研究所与罗伯特·哈森合作，他们很快发现数据变得模糊，因为许多矿物物种实际上是由多个不同的过程形成。例如，黄铁矿晶体就是以21种根本不同的方式形成：当富含氯化物的铁矿床在地下深处加热数百万年后，就会形成一些黄铁矿晶体；另一些则形成于寒冷的海洋沉积物中，是分解海底有机物的细菌的副产品；还有一些与火山活动、地下水渗漏或煤矿有关。

几种不同形成方式的黄铁矿，图片源自网络

罗伯特·哈森、肖娜·莫里森认为，这些不同类型的黄铁矿都在告诉我们关于地球的起源、生命的存在以及是如何随着时间而演变的。因此，他们新论文按矿物种类与其成因机制的组合对矿物进行分类，然后利用机器学习分析，从数千篇科学论文中搜索数据，从而识别出高达10556种不同的矿物。在这些论文中，罗伯特·哈森、肖娜·莫里森还确定了57种单独或组合产生所有已知矿物的过程，主要包括：风化、化学沉淀、地幔内部的变质转变、雷击、辐射、氧化、地球形成过程中的大规模冲击，甚至在行星形成之前的星际空间中的冷凝。同时，论文中还表达了这样的观点：地球上矿物多样性中最大的单一因素是水，水通过各种化学和物理过程帮助生成80%以上的矿物。

一种蓝绿色的孔雀石矿物，图片源自网络

不过，科学家们发现，生命体是一个至关重要的角色。大约三分之一的矿物质是生物的一部分或副产品所形成的，例如骨头、牙齿、珊瑚、肾结石、粪便、木材、微生物和其他有机物质经过漫长的地质时期吸收了周围的元素，转化成更像岩石的物质。还有数千种矿物质是由生命活动以其他方式形成的，例如工业燃煤中形成的锗化合物。包括通过与生命副产品相互作用产生的物质，如光合作用产生的氧气，大约一半的矿物上都留下了生命的指纹。

形成于地幔深处的钻石，图片源自网络

据悉，尽管新的矿物分类学受到了一些科学家的欢迎，但一些科学家仍然支持国际矿物学协会的经典分类方法。他们认为，虽然传统的方法没有考虑矿物演化的性质，但以应用为目的来说，如化学、采矿和工程，经典的分类方法在这些领域仍能很好地发挥作用。但是，在某些领域，如太空探索等活动，新的分类方法则可以发挥作用。科学家们认为，我们这颗蓝色星球的矿物多样性可能比太阳系中的其他岩石体丰富得多，原因在于在其它行星，如火星上有许多矿物是无法形成的，那里没有企鹅在粘土矿物上大便，洞穴里没有蝙蝠，也没有正在腐烂的仙人掌之类的东西。

火星地表状况，图片源自网络

因此，罗伯特·哈森、肖娜·莫里森所创建的新的分类学可以被用来解码其他行星或卫星的地质历史，并在那里寻找生命的线索，无论是过去还是现在。例如，在研究火星时，科学家们可以使用新的矿物学框架来观察晶粒大小和结构缺陷等特征，以确定它是否可能是由古老的微生物而不是濒死的大海或流星撞击产生的。而且，新的分类学甚至可能有助于探测遥远恒星周围行星上的生命。科学家们认为，从一个缩小的、大范围的角度来看，通过新的分类学，不仅可以了解我们居住的星球，我们还可以探索整个太阳系，以及超越太阳系的银河系和整个宇宙，其重要意义不言而喻。